Le tube à essai de gauche montre un résultat vraiment positif à partir d'eau prélevée au Costa Rica. Le tube du milieu est un contrôle négatif. Le tube de droite est un contrôle positif. Crédit :Julius B. Lucks/Université Northwestern
Les biologistes synthétiques de la Northwestern University ont développé une méthode simple, nouveau test peu coûteux qui peut détecter des niveaux dangereux de fluorure dans l'eau potable.
Ne coûtant que quelques centimes à faire, le système n'a besoin que d'un goutte-à-goutte et d'un petit coup :versez une petite goutte d'eau dans un tube à essai préparé, effleurez le tube une fois pour le mélanger et attendez. Si l'eau jaunit, alors une quantité excessive de fluorure, dépassant les normes réglementaires les plus strictes de l'EPA, est présente.
Cette méthode est très différente des tests actuels, qui coûtent des centaines de dollars et nécessitent souvent une expertise scientifique à utiliser.
Les chercheurs ont testé le système à la fois en laboratoire à Northwestern et sur le terrain au Costa Rica, où le fluorure est naturellement abondant près du volcan Irazu. Lorsqu'ils sont consommés en grandes quantités sur de longues périodes de temps, le fluorure peut provoquer une fluorose squelettique, une condition douloureuse qui durcit les os et les articulations.
Les Américains ont tendance à penser aux bienfaits pour la santé de petites doses de fluorure qui renforcent les dents. Mais ailleurs dans le monde, en particulier dans certaines régions d'Afrique, Asie et Amérique centrale, le fluorure se produit naturellement à des niveaux dangereux à consommer.
"Aux Etats-Unis, on entend parler de fluorure tout le temps parce que c'est dans le dentifrice et l'approvisionnement en eau municipal, " a déclaré Julius Lucks de Northwestern, qui a mené le projet. "Il fait du fluorure de calcium, ce qui est très dur, il renforce donc l'émail de nos dents. Mais au-dessus d'un certain niveau, le fluor durcit également les articulations. Ce n'est généralement pas un problème aux États-Unis, mais cela peut être un problème débilitant dans d'autres pays s'il n'est pas identifié et traité."
La recherche a été publiée en ligne la semaine dernière (13 décembre) dans la revue ACS Biologie Synthétique .
Lucks est professeur agrégé de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering et membre du Center for Synthetic Biology de Northwestern. Le travail a été réalisé en collaboration avec Michael Jewett, professeur de génie chimique et biologique à McCormick et directeur du Center for Synthetic Biology. Étudiants diplômés Walter Thavarajah, Adam Silverman et Matthew Verosloff ont dirigé la recherche.
Doctorat de l'Université Northwestern. Le candidat Matthew Verosloff échantillonne l'eau d'une rivière au Costa Rica. Crédit :Matthew Verosloff/Université Northwestern
Succès des tests sur le terrain
Le fluorure est un élément naturel, qui peut s'infiltrer du substratum rocheux dans les eaux souterraines. Également présent dans les cendres volcaniques, le fluorure est particulièrement abondant dans les régions entourant les volcans.
Abritant trois systèmes de chaînes volcaniques, Le Costa Rica semblait être un endroit naturel pour tester l'appareil sur le terrain. Matthieu Verosloff, un doctorat candidat au laboratoire de Lucks, voyagé au Costa Rica et échantillonné divers échantillons d'eau - des flaques de boue, étangs et fossés.
"Chaque test sur ces échantillons de terrain a fonctionné, " Lucks a déclaré. "C'est excitant que cela fonctionne en laboratoire, mais il est beaucoup plus important de savoir que cela fonctionne sur le terrain. Nous voulons que ce soit facile, solution pratique pour les personnes qui en ont le plus besoin. Notre objectif est de permettre aux individus de surveiller la présence de fluorure dans leur propre eau. »
Comment ça fonctionne
Bien que l'appareil soit simple à utiliser, le tube à essai préparé abrite une réaction de biologie synthétique sophistiquée. Lucks a passé des années à travailler pour comprendre les mécanismes de repliement de l'ARN. Dans son nouveau test, il met en œuvre ce mécanisme de pliage.
"L'ARN se replie dans une petite poche et attend un ion fluorure, " expliqua-t-il. " L'ion peut parfaitement rentrer dans cette poche. Si l'ion apparaît, alors l'ARN exprime un gène qui jaunit l'eau. Si l'ion n'apparaît pas, alors l'ARN change de forme et arrête le processus. C'est littéralement un interrupteur."
According to Lucks, organisms already perform this function in nature. "Fluoride is toxic to bacteria, " he said. "They use RNA to sense fluoride in the cell, then they make a protein to pump it out and detoxify."
Lucks' system works in the same way. But instead of producing a protein pump, his test produces a protein enzyme that makes a yellow pigment, so people can see the results with a simple glance.
Lucks' team freeze-dried the RNA reaction, which looks like a tiny cotton ball, and put it into a test tube. Sous cette forme, the reaction is safe and shelf-stable. A small pipette accompanies the test tube. When placed in water, the pipette absorbs exactly 20 microliters—just the small drop that's needed to rehydrate the reaction. De là, it takes two hours to get a result, which Lucks intends to accelerate in future iterations.
"We're currently limited to testing for fluoride, " said Thavarajah, the paper's first author. "But we're trying to engineer other RNAs to detect all sorts of targets."
